??研究背景

玻璃態(tài)物質(zhì)由于具有優(yōu)異的透明度、硬度和耐久性，因而在學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，但本身脆性較大這一缺陷也嚴(yán)重影響了其商業(yè)價(jià)值。玻璃態(tài)聚合物斷裂面不具備黏合能力是其難以實(shí)現(xiàn)自愈的主要原因。為了實(shí)現(xiàn)玻璃態(tài)聚合物的自修復(fù)能力，超分子非共價(jià)化學(xué)和動態(tài)共價(jià)化學(xué)的發(fā)展使得這類聚合物實(shí)現(xiàn)了本征修復(fù)能力。當(dāng)聚合物受到破壞，斷裂的動態(tài)鍵能夠?qū)崿F(xiàn)重組，使得聚合物實(shí)現(xiàn)分子水平上的自修復(fù)，從而恢復(fù)其本身的結(jié)構(gòu)和性能。但目前為止，所報(bào)道的玻璃態(tài)聚合物的自修復(fù)能力仍有較大缺陷：如需要外界能量刺激（如光、熱或者溶劑），而且修復(fù)速率較慢，通常會多于12小時(shí)。因此，設(shè)計(jì)一種無色并具有高透明性、高硬度，而且具有室溫快速自修復(fù)能力的玻璃態(tài)聚合物將極具科學(xué)和商業(yè)價(jià)值。

??研究內(nèi)容

近日，南京理工大學(xué)傅佳駿教授課題組開發(fā)出一種新型網(wǎng)狀玻璃態(tài)聚氨酯（GPU），其具有優(yōu)異的透光性和室溫下快速的自修復(fù)能力。相關(guān)研究內(nèi)容發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: 10.1002/anie.202017303）上。（值得一提的是，這篇文章的審稿周期僅為13天，小編默默回顧了一下自己漫長而辛酸的投稿經(jīng)歷，滿眼羨慕。）

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

??研究方法

對于絕大多數(shù)的玻璃態(tài)自修復(fù)聚合物而言，其自修復(fù)能力和機(jī)械強(qiáng)度就像天平的兩端。一方面，聚合物網(wǎng)絡(luò)室溫下的剛性是聚合物高機(jī)械強(qiáng)度的前提；而另一方面，聚合物切面的黏性又是其實(shí)現(xiàn)自愈的源泉。2018年，Aida教授提出了一種具有優(yōu)異自修復(fù)能力的聚氨酯材料（Science 2018, 359, 72-76）。而傅教授受此啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一款性能更加優(yōu)異的玻璃態(tài)聚氨酯。

這種聚氨酯的合成過程非常簡單，利用商品化五甘醇（Penta-EG）與異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）的縮聚反應(yīng)，即可制備出主鏈具有氫鍵給體和受體的聚氨酯。然后其經(jīng)過熱成型或者溶劑澆筑的方法即可制備樣條實(shí)現(xiàn)測試。這種GPU是一種玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為36.8 ℃的玻璃態(tài)聚合物，其透光性優(yōu)異，完全不輸于亞克力（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）。¹H NMR和FT-IR可以表征出制備出的聚合物具有豐富的氫鍵，而這些氫鍵則是該聚合物實(shí)現(xiàn)高硬度和自修復(fù)能力的源泉。

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）

接下來，作者對聚合物自修復(fù)能力的原因進(jìn)行了深入地分析。他們發(fā)現(xiàn)，盡管玻璃態(tài)聚氨酯在室溫下鏈段是無法運(yùn)動的，但聚合物內(nèi)部大量的氫鍵卻可以自由地運(yùn)動。聚合物斷裂之后，由于斷裂面上存在大量斷裂氫鍵，這些斷裂氫鍵在按壓時(shí)快速進(jìn)行結(jié)合，這就是其能夠?qū)崿F(xiàn)室溫下快速自修復(fù)的主要原因。（氫鍵的自由移動，小編表示不太能理解~）

??研究結(jié)論

作者向聚氨酯聚合物網(wǎng)絡(luò)中引入大量且高密度的氫鍵單元，從而開發(fā)出一種在室溫下能夠?qū)崿F(xiàn)快速自修復(fù)能力的玻璃態(tài)透明聚氨酯材料，其在光學(xué)領(lǐng)域極具應(yīng)用價(jià)值。